KR100619789B1

KR100619789B1 - 송풍용 원심팬

Info

Publication number: KR100619789B1
Application number: KR1020050046937A
Authority: KR
Inventors: 정용규; 정문기
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2005-06-01
Filing date: 2005-06-01
Publication date: 2006-09-06
Also published as: CN100575713C; CN1873229A; RU2302556C1

Abstract

본 발명은 송풍용 원심팬에 관한 것으로, 원형판인 팬플레이트의 가장자리부에 복수의 블레이드가 상기 팬플레이트에 수직한 형태로 규칙적으로 배열되는 송풍용 원심팬에 있어서, 상기 원심팬의 내외경비는 0.76±0.3이며, 상기 블레이드의 캠버라인은 이중 원호 곡선을 이루고 상기 블레이드의 출구각은 165±10°이며 상기 블레이드의 갯수는 41~49개인 것으로 구성됨으로써, 원심팬의 기본적인 기능인 송풍 기능을 적정 수준으로 유지함과 동시에 원심팬의 구동에 따른 소음을 저감하여 사용 환경의 쾌적성을 향상시킨 송풍용 원심팬을 제공한다.

Description

송풍용 원심팬{CIRCULAR FAN FOR AIR-BLOWING}

도 1은 종래의 일반적인 공기청정기의 사시도이고,

도 2는 도 1의 공기청정기에서 라인(A-A)을 따라 취해진 종 단면도이며,

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 송풍용 원심팬에 대한 사시도이고,

도 4는 도 3의 원심팬의 평면도이며,

도 5는 도 4의 블레이드 부분을 보다 확대한 평면도이고,

도 6은 도 3의 원심팬을 설계하기 위한 주요 설계인자에 대한 실험 결과 그래프이며,

도 7은 도 3의 원심팬의 블레이드 갯수에 따른 모터와의 공진 횟수에 대한 실험 결과 그래프이고,

도 8은 도 3의 원심팬을 채택한 공기청정기에서의 소음 저감 정도를 설명하기 위한 실험 결과 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

40: 원심팬 41: 팬플레이트

43: 블레이드 43c: 캠버라인

43n: 부압면 43p: 정압면

43': 전연 43": 후연

45: 외주링 47: 회전축결합홀

49: 요입부 Do: 원심팬의 외경

Di: 원심팬의 내경 β₁: 입구각

β₂: 출구각 W: 원심팬의 폭

본 발명은 송풍용 원심팬에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원심팬의 기본적인 기능인 송풍 기능을 적정 수준으로 유지함과 동시에 원심팬의 구동에 따른 소음을 저감하여 사용 환경의 쾌적성을 향상시킨 송풍용 원심팬에 관한 것이다.

공기청정기는, 통상적으로, 공기 중의 먼지나 세균 등을 걸러 내어 공기를 깨끗하게 하는 장치이다. 이하에서는, 보다 용이한 이해를 위하여, 공기청정기의 한 형태에 송풍용으로 사용되는 원심팬에 대하여 공기청정기의 구성(및 작동 원리)과 함께 설명하기로 한다.

공기청정기의 한 형태로서, 도 1은 종래의 일반적인 공기청정기의 사시도를 나타내고 있고, 도 2는 도 1의 공기청정기에서 라인(A-A)을 따라 취해진 종 단면도를 보여주고 있다.

공기청정기의 구성을 살펴보면, 케이싱(100)은 복수개의 다리부(110)에 의하 여 바닥과는 일정 간격으로 이격되어 지지되며, 이러한 케이싱(100) 내외에는 공기청정기의 외부의 공기를 공기청정기의 내부를 거쳐서 다시 외부로 강제 송풍시키는 송풍부(120)와, 그 송풍부(120)에 의해 공기청정기 내부로 유입된 공기 중의 먼지나 세균을 걸러 내는 필터부(130)가 형성된다.

송풍부(120)는 외부 공기를 공기청정기 내부로 흡입하기 위한 흡입구(121)와, 흡입력을 제공하는 원심팬(123)과, 원심팬(123)에 회전축(126)으로 연결되어 회전력을 제공하는 모터(125)와, 나아가 정화된 공기를 토출하는 토출구(127)를 가진다. 원심팬(123)의 하부에는 통공되어 공기가 통과할 수 있는 벨 마우스(Bell Mouth, 129)가 설치된다. 또한, 원심팬(123)은 원심팬(123)에서 배출되는 정화된 공기를 토출구(127)로 안내하는 유로를 형성하는 스크롤(128)에 둘러 싸이게 된다.

필터부(130)는 각종 필터, 예를 들면, 프리 필터, 전기집진 필터, 헤파(HEPA) 필터, 탈취필터 등이 적층 배열된다. 또한 필터부(130)의 필터들을 인출하여 청소할 수 있도록 하기 위하여, 필터 교환용 도어(미도시)가 필터부를 감싸는 케이싱(100)에 형성된다. 이러한 각 필터들은 공지된 것으로서 그에 관한 구체적인 설명은 생략한다.

위의 흡입구(121)와 토출구(127)는 케이싱(100)의 일 측면부(119)와 상면부(115)에 각각 형성된다.

나아가, 송풍부(120) 위의 부분에는 모터(125)의 회전수와 토출구(127)의 개폐 정도를 제어하는 제어 모듈(미도시)이 내장되며, 케이싱(100)의 전면부(113)에는 이러한 제어모듈과 연결된 온/오프 버튼 등의 각종 조작 버튼(117)이 구비된다.

이러한 공기청정기의 작동원리에 대해 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 제어 모듈의 제어에 의해 모터(125)가 회전하게 되면 모터(125)의 회전축(126)에 연결된 원심팬(123)이 회전하게 된다. 그에 따라, 원심팬(123)의 블레이드(도 5의 참조번호 43 참조)의 부압면과 정압면(도 5의 참조번호 43n 및 43p 참조)에 압력차이가 발생하게 되어 유동을 발생시킨다. 나아가, 스크롤(128)과 함께 벨 마우스(129) 전후로 높은 압력차이가 발생하여 흡입구(121)-필터부(130)를 거쳐서 공기를 원심팬(123) 내부로 흡입하게 된다. 이렇게 공기가 흡입구(121)를 통해 공기청정기 내부로 들어와서 토출구(127)로 토출되는 과정 중에 필터부(130)를 거치면서 이물질이 걸러지는 것이다{공기의 유동 경로(F) 참조}.

이러한 일반적인 원심팬의 설계인자는 유로저항을 극복하고 요구되는 풍량을 토출시킬 수 있는 송풍 능력에만 초점이 맞추어져 설계되어 있다. 그에 따라 원심팬의 회전 시에 발생하는 소음에 대한 고려가 부족한 실정이다. 이러한 소음은 원심팬의 직접적인 성능(토출 능력)에 관한 것은 아니나, 사용자에게는 상당한 불쾌감을 줄 수 있는 문제가 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명은 원심팬의 기본적인 기능인 송풍 기능을 적정 수준으로 유지함과 동시에 원심팬의 구동에 따른 소음을 저감하여 사용 환경의 쾌적성을 향상시킨 송풍용 원심팬을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 송풍용 원심팬은 원형판인 팬플레이트의 가장자리부에 복수의 블레이드가 상기 팬플레이트에 수직한 형태로 규칙적으로 배열되는 송풍용 원심팬에 있어서, 상기 원심팬의 내외경비는 0.76±0.3이며, 상기 블레이드의 캠버라인은 이중 원호 곡선을 이루고 상기 블레이드의 출구각은 165±10°이며 상기 블레이드의 갯수는 41~49개인 것을 특징으로 한다.

상기 블레이드의 입구각은 75±1°이고, 상기 원심팬 외경에 대한 폭의 비율은 0.3±0.01이고, 상기 원심팬의 폭은 80±1mm인 것이 바람직하다.

상기 블레이드의 갯수는 홀수개인 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 송풍용 원심팬에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에서는, 앞서 설명한 도 1 및 도 2에서 도시한 구성과 동일한 구성으로서 특별히 도시되어 있지 않거나 도시되어 있더라도 참조번호를 부여하지 않은 경우에는, 도 1 및 도 2의 도시 및 참조번호를 원용하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 송풍용 원심팬에 대한 사시도이고, 도 4는 도 3의 원심팬의 평면도이며, 도 5는 도 4의 블레이드 부분을 보다 확대한 평면도이다.

원심팬(40)은 원판의 형상을 가지며 중앙이 요입된 팬플레이트(41)와, 그러한 팬플레이트(41)의 주연부에 일정한 간격으로 배열된 복수의 블레이드(43)로 크게 구분하여 설명할 수 있다.

블레이드(43)의 끝단들은 원형의 외주링(45)으로 연결되며, 외주링(45)은 블레이드(43)가 고속 회전에 의해 변형되거나 이탈되는 것을 방지하는 역할을 하게 된다.

팬플레이트(41) 중앙의 돌출부(반대면에서는 요입부)에는 모터(125)의 회전축(126)이 삽입되어 모터(125)의 회전력을 팬(40){보다 구체적으로는 팬플레이트(41)}에 전달하기 위한 회전축결합홀(47)이 형성된다. 다시 말해, 모터(125)는 팬플레이트(41)와 블레이드(43)에 의해 한정된 공간인 요입부(49)에 설치되는 것이다.

블레이드(43)는 이중 원호 곡선의 형태를 가지며, 내주측 면은 정압면(43p)이 되고 외주측 면은 부압면(43n)이 된다. 블레이드(43)의 연장방향 중심의 선은 캠버 라인(Camber Line, 43c)이다. 또한, 블레이드(43)의 원심팬(40) 중심 측 단부는 전연(43')이라 하고, 외측 단부는 후연(43")으로 칭할 수 있다. 이러한 후연(43")을 연결하는 것이 외주링(45)이다. 전연(43')을 연결하는 원이 원심팬(40)의 내경(Di)이고, 후연(43")을 연결하는 원이 원심팬(40)의 외경(Do)이다. 나아가, 원심팬의 폭(W)은 블레이드(43)의 팬플레이트(41)로부터의 높이에 의해 결정된다.

벨 마우스(129)를 통과한 공기는 요입부(49)를 통하여 원심팬(40)에 유입되어 블레이드(43) 사이로 배출되며, 이때 블레이드(43)를 통과하는 유동의 블레이드(43)에 대한 입구각(β₁)과 출구각(β₂)은 블레이드(43)들의 형상 및 배치 방식에 의해 결정된다. 여기서, 입구각(β₁)은 내경(Di)과 캠버라인(43c)이 접하는 지점에 서 내경(Di)에 대한 접선과 캠버라인(43c)에 대한 접선이 이루는 각도이고, 출구각(β₂)은 외경(Do)과 캠버라인(43c)이 접하는 지점에서 외경(Do)에 대한 접선과 캠버라인(43c)에 대한 접선이 이루는 각도이다.

이러한 구성의 원심팬(40)에 있어서, 설계인자는 크게 입구각(β₁), 출구각(β₂), 블레이드(43)의 갯수, 원샘팬의 폭(W), 캠버량, 최대 캠버 위치, 내외경비(Di/Do) 등이 될 수 있다.

이들 중에서, 본 발명자는 특히 출구각(β₂), 블레이드(43)의 갯수, 및 내외경비가 원심팬(40)의 작동 시에 소음에 미치는 영향에 대하여 주목하였다.

도 6은 도 3의 원심팬을 설계하기 위한 주요 설계인자에 대한 실험 결과 그래프이며, 도 7은 도 3의 원심팬의 블레이드 갯수에 따른 모터와의 공진 횟수에 대한 실험 결과 그래프이고, 도 8은 도 3의 원심팬을 채택한 공기청정기에서의 소음 저감 정도를 설명하기 위한 실험 결과 그래프이다.

본 실험에 있어서, 블레이드의 입구각(β₁)은 대략 75°이고, 원심팬 외경(Do)에 대한 폭(W)의 비율(W/Do)은 대략 0.3이며, 공기 유량은 5.3(㎥/min)으로 하여 설계인자의 변화를 관찰하였다. 나아가, 원심팬의 폭(W)은 대략 80mm인 것을 사용하였다.

도 6(a) 내지 6(c)에서 볼 수 있듯이, 본 발명자가 주목한 설계인자 즉, 출구각(β₂), 내외경비 및 블레이드(43)의 갯수에 대해서는 소음과의 관계에서 일정한 규칙성을 찾아볼 수 있다. 다시 말하자면, 각 인자의 값에 따라 파동을 그리거나 아무런 규칙성없이 변하는 것이 아니라, 포물선의 형태를 이루면서 변동된다는 점이다.

그래프 상으로, 출구각(β₂)이 약 165±10°인 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 165°인 경우에 소음은 가장 낮은 값을 가짐을 알 수 있다.

내외경비는 약 0.76±0.3 정도의 범위 이내인 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 0.76임을 알 수 있다.

나아가, 블레이드(43)의 갯수는 대략 41~49개를 가지는 것이 바람직함을 알 수 있다. 이러한 블레이드(43)의 갯수에 대해서는 도 7을 참조하면 홀수개인 것이 보다 바람직함을 알 수 있다. 블레이드(43)의 갯수가 홀수개일 때, 특히 41개, 43개, 47개, 또는 49개일 때 모터(125)와 원심팬(40)의 주파수가 보다 작게 일치하여 공진 현상을 저감할 수 있게 되기 때문이다. 블레이드(43)의 갯수가 45개일 때는 소음 관계 그래프상으로는 매우 우수하나 공진횟수 상으로는 조금 부족하다. 블레이드(43)의 개숙가 53개일 때는 공진횟수 상으로는 우수하나, 앞서의 소음 관계 그래프에서는 바람직한 범위는 아니여서 채택하기에는 부적절하다.

위에서 언급한 출구각(β₂), 내외경비, 및 블레이드(43)의 갯수의 범위는 소음의 저감할 수 있는 원심팬(40)의 구성을 위한 최적 범위 내의 값들이고, 그 범위를 벗어난 양 측의 범위에서는 원심팬(40)의 소음이 급격하게 증가함을 알 수 있다.

나아가, 도 8을 참조하여, 위에서 언급한 최적 설계인자 즉, 출구각(β₂)은 165도이고 내외경비는 0.76이며 블레이드(43)의 갯수는 41~49를 반영한 원심팬(40)의 소음을 기존의 원심팬과 비교해서 살펴보면, 공기 유량에 따라서 약간의 변동이 있기는 하지만 대략 4dB 정도의 소음 저감 효과를 가짐을 알 수 있다. 특히, 본 발명자가 실험한 유량 5.3(㎥/min)에서는 대략 34dB의 소음이 30dB 수준으로 감소한 것을 확인할 수 있다.

이상에서는, 본 발명에 대하여 공기청정기를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 것이라면 본 발명은 기타의 공조기기에 채용되는 원심팬에 대하여서도 적용될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 송풍용 원심팬은 원심팬의 기본적인 기능인 송풍 기능을 적정 수준으로 유지함과 동시에 원심팬의 구동에 따른 소음을 저감하여 사용 환경의 쾌적성을 향상시키는 등의 효과가 있다.

Claims

원형판인 팬플레이트의 가장자리부에 복수의 블레이드가 상기 팬플레이트에 수직한 형태로 규칙적으로 배열되는 송풍용 원심팬에 있어서,

상기 원심팬의 내외경비는 0.76±0.3이며, 상기 블레이드의 캠버라인은 이중 원호 곡선을 이루고 상기 블레이드의 출구각은 165±10°이며 상기 블레이드의 갯수는 41~49개인 것을 특징으로 하는 송풍용 원심팬.
제1항에 있어서,

상기 블레이드의 입구각은 75±1°이고, 상기 원심팬 외경에 대한 폭의 비율은 0.3±0.01인 것을 특징으로 하는 송풍용 원심팬.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 원심팬의 폭은 80±1mm인 것을 특징으로 하는 송풍용 원심팬.
제3항에 있어서,

상기 블레이드의 갯수는 홀수개인 것을 특징으로 하는 송풍용 원심팬.